壓電驅(qū)動精密流量閥的設(shè)計與優(yōu)化.pdf

1、分類號：密級：UDC：學(xué)號：415914114038南昌大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士研究生學(xué)位論文壓電驅(qū)動精密流量閥的設(shè)計與優(yōu)化壓電驅(qū)動精密流量閥的設(shè)計與優(yōu)化DesignOptimizationofPiezoDrivenPrecisionFlowControlValveSpool吳啟帆培養(yǎng)單位（院、系）：機電工程學(xué)院指導(dǎo)教師姓名、職稱：張蕊華副教授指導(dǎo)教師姓名、職稱：徐耀坤高級工程師專業(yè)學(xué)位種類：工程碩士學(xué)科專業(yè)名稱：機械工程論文答辯日期：2016

2、年5月22日答辯委員會主席：評閱人：年月日第2章壓電驅(qū)動精密流量閥的設(shè)計I摘要流量閥是液壓系統(tǒng)中的一個重要元件，其作用是控制流體的流向、流量以及壓力。一般工程上需要對流體進行控制，用的大多是傳統(tǒng)的電磁力矩馬達驅(qū)動式的控制閥，這種閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、控制精度低，難以滿足對微流量流體的精確控制，特別是高壓下的微流量流體的精確控制。本文利用壓電陶瓷材料作為驅(qū)動元件，配合金屬橡膠材料，設(shè)計了一種新型的壓電驅(qū)動精密流量閥。由于壓電陶瓷具有微納米級

3、的精密位移輸出能力，使得壓電驅(qū)動精密流量閥能利用其高位移分辨率控制閥芯的開啟，從而實現(xiàn)精密的流量輸出控制，并且將金屬橡膠安裝在閥的進出口處，利用其節(jié)流減壓特性，使閥口前后的壓差減小，閥中流體速度變化平緩，減小氣蝕破壞。本文所設(shè)計的閥采用柔性鉸鏈杠桿機構(gòu)作為動力源與閥芯運動機構(gòu)之間的動力傳輸裝置和位移放大裝置。采用有限元分析軟件對柔性鉸鏈杠桿機構(gòu)進行靜動態(tài)特性分析，得到了機構(gòu)的靜變形云圖和VonMisesStress云圖。根據(jù)分析結(jié)果，對

4、柔性鉸鏈杠桿機構(gòu)進行了參數(shù)優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果使得該機構(gòu)在滿足閥芯運動具有良好的動態(tài)特性下，柔性鉸鏈的體積比優(yōu)化前減少了16%。實現(xiàn)了柔性鉸鏈杠桿機構(gòu)輕量化的目標。另外，本文基于有限元軟件平臺，對壓電驅(qū)動精密流量閥的閥芯及其周圍流場建立了參數(shù)化的有限元模型，進行了流固耦合分析，先通過對流體域的流場分析，取得了閥穩(wěn)態(tài)時的內(nèi)部流體壓力場的分布規(guī)律；再將流體分析結(jié)果導(dǎo)入到對閥芯固體域的靜力學(xué)分析中，對閥芯固體域進行靜力學(xué)分析，得到流固耦合作用下閥芯